大跨度自錨式懸索橋超寬鋼箱梁頂推施工技術(shù)控制［摘要］ 昭華大橋為主跨168+228m獨塔自錨式懸索橋，主梁為寬度39.6m鋼箱梁，采用頂推進(jìn)行施工。為保證鋼梁施工精度和施工安全，對鋼箱梁施工環(huán)節(jié)中的加工制造、臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計、信息化控制與糾偏等方面進(jìn)行研究，通過理論研究、現(xiàn)場監(jiān)測與控制等手段，形成超寬柔性鋼箱梁小應(yīng)變多點自平衡頂推施工技術(shù)，使本項目鋼箱梁安裝精度達(dá)到毫米級，為同類型項目提供參考。［關(guān)鍵詞］自錨式懸索橋超寬鋼箱梁步履式頂推施工控制1.前言昭華湘江大橋主橋為獨塔自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)，跨徑168+228m，主梁為寬度39.6m，單箱三室結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段重量200t。本橋鋼箱梁跨越水中航道且箱梁超寬，不適于水中吊裝，因此采取頂推法進(jìn)行施工；本工程頂推臨時墩高度較高，頂推過程中產(chǎn)生的水平力影響臨時墩穩(wěn)定性，而且頂推過程如果同步性較差，支撐力不均勻，水平力會進(jìn)一步影響臨時結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如何實現(xiàn)柔性-連續(xù)鋼箱梁精細(xì)化同步頂推，臨時結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全以及頂推過程的可控可糾偏，是本工程建設(shè)的重點。圖1昭華大橋主橋設(shè)計圖（單位：mm）

j/m , j/m , latJjMEE ' 邳〔" 1圖2鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面本項目采用頂推法進(jìn)行施工，首先將鋼箱梁+前導(dǎo)梁作為一個整體梁段，并對不同支撐方式的頂推方案進(jìn)行模擬分析；其次通過經(jīng)濟、技術(shù)比選，選擇滿足內(nèi)力和變形要求的頂推方案。在此基礎(chǔ)上對大臨結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，選擇合適的前導(dǎo)梁布置方案，根據(jù)頂推過程中的支撐力和水平力設(shè)計頂推臨時墩，完成頂推方案研究。在此基礎(chǔ)上設(shè)計頂推千斤頂和控制系統(tǒng)，使頂推過程同步和可控，再結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控量測，對頂推過程進(jìn)行必要的糾偏，實現(xiàn)超寬柔性鋼箱梁頂推過程多點同步、受力均勻、實時糾偏、提高精度。1.關(guān)鍵技術(shù)基于項目特點，為保證施工精度和施工安全，對大跨度超寬鋼箱梁頂推施工中的小應(yīng)變拼裝技術(shù)、臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析、精細(xì)化施工技術(shù)進(jìn)行研究和應(yīng)用。研究技術(shù)路線為從確定鋼箱梁制作參數(shù)開始，到過程分析、最后到施工監(jiān)測與精細(xì)化施工措施四個實施流程。長度摩正IWllilElffi鋼箱梁廊刀最時堆受長度摩正IWllilElffi鋼箱梁廊刀最時堆受t案住-隹陞■箱栗小成史整怫蕓段挨席自平最偵樣技術(shù)研只圖3研究技術(shù)路線2.1小應(yīng)變拼裝技術(shù)鋼箱梁精細(xì)化加工制造是精度控制的基礎(chǔ)，本項目采用數(shù)控下料、溫度修正、應(yīng)變修正等措施保證鋼箱梁拼裝過程中始終保持小應(yīng)變狀態(tài)，以減少鋼箱梁在頂推和施工過程中有害次內(nèi)力，確保成橋線形和內(nèi)力。首先通過有限元分析技術(shù)，對施工過程進(jìn)行模擬分析，確定成橋狀態(tài)，確定鋼箱梁整體壓縮量，在根據(jù)實時加工制造溫度，確定鋼箱梁溫度補償量和橫向、縱向預(yù)拱度，對鋼箱梁加工尺寸進(jìn)行修正。根據(jù)角焊縫收縮的經(jīng)驗公式計算板單元的焊接變形，并通過多條焊縫產(chǎn)生的焊接變形進(jìn)行曲線擬合，設(shè)定反變形胎架，改善和控制板單元焊接變形，并確定板單元的拼裝順序，進(jìn)行小了板單元拼裝產(chǎn)生的應(yīng)力，實現(xiàn)了大體積鋼箱梁的小應(yīng)變制作。圖4昭華大橋有限元分析模型2.2臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計頂推臨時結(jié)構(gòu)的設(shè)計是施工的核心內(nèi)容，頂推施工臨時結(jié)構(gòu)包含頂推臨時墩和前導(dǎo)梁兩部分①頂推臨時墩的確定是根據(jù)結(jié)構(gòu)自平衡原理，將前導(dǎo)梁和鋼箱梁視作一個整體，通過對鋼箱梁+前導(dǎo)梁在不同支撐位置工況下的頂推過程進(jìn)行模擬，對頂推過程中的鋼箱梁線形、內(nèi)力和臨時結(jié)構(gòu)造價進(jìn)行經(jīng)濟比選分析，得到結(jié)構(gòu)線形平順，支撐點內(nèi)力均勻、造價合理的最優(yōu)方案。通過對頂推施工過程模擬和經(jīng)濟技術(shù)分析，最終得到本項目采用60m桁架式前導(dǎo)梁，根據(jù)通航要求，9組格構(gòu)式臨時墩跨徑布置為：59+59+57+2X75+53m，布置圖如下圖所示。昭華大橋全橋36個節(jié)段采用每三個節(jié)段為一個頂推輪次，全橋共計15個頂推輪次。圖5昭華大橋頂推臨時墩設(shè)計并采用采用sap2000有限元校核結(jié)果表明臨時墩安全系數(shù)1.78，過程中結(jié)構(gòu)最大變形123mm，滿足設(shè)計和規(guī)范要求；2.3頂推設(shè)備選型本項目采用步履式頂推設(shè)置，頂推設(shè)備包含液壓千斤頂、泵站、控制系統(tǒng)三部分組成。設(shè)備型號BL720，最大頂推功率400t，全橋共計投入34套，最大頂升量25cm，前移量30cm?？刂婆_采用西門子PLC同步控制系統(tǒng)，包含括實時控制系統(tǒng)硬件模塊，實時控制系統(tǒng)軟件模塊，實時控制網(wǎng)絡(luò)，泵站電子控制單元（ECU），傳感器控制單元（SCU）?？刂葡到y(tǒng)可實現(xiàn)單臺和多臺頂推設(shè)備在自動、手動雙模式控制下的三向調(diào)節(jié)。整套設(shè)備采用先進(jìn)的電液比例同步控制系統(tǒng)，能保證鋼箱梁在頂升、下放及前進(jìn)過程中實現(xiàn)同步動作，能夠進(jìn)行橫橋向及豎橋向的自動和手動調(diào)整糾偏，確保頂推精度。并制定了“位移同步，載荷跟蹤”的控制策略，以各個支墩頂升油缸的支撐力為依據(jù)，以頂推油缸的頂推力和位移作為控制參數(shù)，實現(xiàn)力和位移（速度）的綜合控制。圖6步履式頂推設(shè)備2.4頂推施工控制頂推施工監(jiān)測與控制是施工成敗的關(guān)鍵。本項目采用自動與手動監(jiān)測相結(jié)合的方式，對鋼箱梁內(nèi)力和線形在頂推過程中進(jìn)行實時全程監(jiān)測，確保頂推受控。線形監(jiān)測通過在前導(dǎo)梁和鋼箱梁中軸線及和左右邊線的前部、中部和尾部布置測控點，采用測量機器人和可視化程序?qū)斖七^程中進(jìn)行數(shù)據(jù)實時采集和分析，確保里程方向同時頂進(jìn)，橫向不出現(xiàn)偏差。應(yīng)力監(jiān)測通過振弦式傳感器，對鋼箱梁跨中和塔根部三個部位部署應(yīng)變計，并通過金瑪智能綜合采集儀，對鋼箱梁頂推過程中的應(yīng)力變化進(jìn)行實時采集，作為線形測控數(shù)據(jù)的補充，同時對結(jié)構(gòu)次內(nèi)力進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)防。通過線形和應(yīng)力監(jiān)測協(xié)同監(jiān)測，確保鋼箱梁頂推達(dá)到設(shè)計線形，內(nèi)力符合設(shè)計要求。昭華大橋整個頂推工藝鋼箱梁頂推偏量小于10cm，最終落梁水平偏差為5mm，臨時墩位置高程偏差為8mm。2.5技術(shù)特點柔性-連續(xù)鋼箱梁小應(yīng)變整節(jié)拼裝及多點自平衡頂推具有如下特點：（1） 制作反應(yīng)變胎架，消除應(yīng)力：對鋼箱梁尺寸和下料長度進(jìn)行修正，確定拼接順序，支座反應(yīng)變胎架，實現(xiàn)小應(yīng)變拼裝。（2） 多點自平衡頂推，荷載均勻：綜合分析得到最佳的頂推臨時結(jié)構(gòu)工況，實現(xiàn)線形平順，內(nèi)力均勻，結(jié)構(gòu)合理的目標(biāo)。（3）自動信息化控制，同步頂推：采用先進(jìn)的頂推控制系統(tǒng)，實現(xiàn)多套聯(lián)動協(xié)同控制欲自動糾偏，確保毫米級頂推。1.總結(jié)“柔性-連續(xù)鋼箱梁小應(yīng)變整節(jié)拼裝及多點自平衡頂推施工”工藝成功應(yīng)用于昭華湘江大橋鋼箱梁施工中，大橋已于2020年5月竣工通車。施工過程中，有效解決了施工進(jìn)度及安全管理方面的管理難點，現(xiàn)場鋼箱梁整體拼裝變形得到有效控制，頂推過程中，鋼箱梁能夠平衡有序的向前推進(jìn)，鋼箱梁線性隨著頂推軸線變化得到有效控制，軸線偏差在5mm以內(nèi)。有效提升鋼箱梁安裝精度，通過自平衡原理消弱了臨時墩的水平受力，提高了臨時墩的安全穩(wěn)定性，減少了臨時結(jié)構(gòu)的投入，有效的提高了懸索橋鋼箱梁頂推的施工功效，節(jié)約了施工工期。（1） 對超寬大跨度鋼箱梁進(jìn)行焊接機理研究，根據(jù)焊接產(chǎn)生的箱梁變形制作反應(yīng)變胎架，實現(xiàn)小應(yīng)變精細(xì)化鋼結(jié)構(gòu)拼裝。（2） 整套設(shè)備采用先進(jìn)的電液比例同步控制系統(tǒng)，能保證鋼箱梁在頂升、下放及前進(jìn)過程中實現(xiàn)同步動作；（3） 步履式頂推設(shè)備集頂升、平推及橫向調(diào)整于一體，能夠